储层有机酸与盐水盐度对碳酸盐岩CO2-岩石界面张力及润湿性的影响及其在地质封存中的意义

针对CO2地质封存中因烃类残留和盐水盐度导致的润湿性变化问题，研究人员通过实验探究了萘酸（naphthenic acid）和乙酸对碳酸盐岩CO2-岩石界面张力（IFT）及润湿性的影响。结果表明，萘酸显著增加接触角（28%和25%），而盐水稀释仅部分逆转润湿性；高压进一步降低IFT并促进CO2润湿状态。该研究为碳酸盐岩储层CO2封存效率评估提供了关键参数。

　　

随着全球温室气体排放加剧，CO₂地质封存成为缓解气候变暖的重要策略。其中，枯竭油气藏因具备长期封存能力和现成基础设施被视为理想场所。然而，储层中残留的烃类（如有机酸）和盐水盐度可能通过改变岩石润湿性和界面张力（IFT）影响CO₂的长期封存效率。碳酸盐岩作为主要储层类型，其复杂的矿物组成和流体相互作用使得润湿性预测尤为困难。此外，现有研究多基于单一盐类或纯矿物（如方解石），与实际储层条件存在差距。

为填补这一空白，来自某研究机构的Ramyar Suramairy团队在《Results in Engineering》发表研究，首次结合伊拉克库尔德地区实际碳酸盐岩和真实储层盐水，系统分析了萘酸（长链有机酸）和乙酸（短链酸）在高压高温（75°C，725–2900 psia）下对CO₂-岩石IFT及润湿性的影响。研究采用高压悬滴法测量CO₂-盐水IFT，通过倾斜板法获取前进角（θ_a，反映残余捕集）和后退角（θ_r，反映结构捕集），并基于修正的Neumann状态方程计算CO₂-岩石与盐水-岩石IFT。

3.1 有机酸对润湿性的影响
实验显示，萘酸使θ_a和θ_r分别增加至113.87°和102.12°（1450 psia），显著高于乙酸的98.5°和91.0%。EDS分析证实，岩石表面碳含量从13.21 wt%增至16.59 wt%，表明羧基吸附是润湿性改变的主因。

3.2 盐度对润湿性的影响
盐水稀释（10倍）使θ_r从102.1°降至90.6%，但未能恢复至结构捕集阈值（θ_r≤90°）。乙酸体系中θ_r降至76.3%，显示盐度调节对短链酸更有效。

3.3 压力对润湿性的影响
压力升至2900 psia时，萘酸体系的θ_a和θ_r分别增至121.72°和110.5%，CO₂-岩石IFT从13.4 mN/m降至3.1 mN/m。CO₂密度增加导致的IFT降低是润湿性变化的关键机制。

3.4 酸和压力对IFT的影响
修正Neumann方程计算显示，萘酸使CO₂-岩石IFT（γ_sCO2）最低（7.97 mN/m），而盐水-岩石IFT（γ_sw）最高（17.9 mN/m），进一步验证其强疏水性。

该研究揭示了有机酸类型、盐度和压力协同调控碳酸盐岩润湿性的规律，指出长链酸（如萘酸）和高压力会显著降低CO₂封存效率。成果为库尔德地区等碳酸盐岩储层的封存方案设计提供了理论依据，强调了实际储层流体组成和压力管理的重要性。未来需结合多孔介质实验，进一步验证微观尺度下的CO₂运移机制。